湛江市三維數(shù)字城市規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

馬學(xué)峰

(湛江市規(guī)劃勘測設(shè)計院，廣東 湛江 524002)

湛江市三維數(shù)字城市規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

馬學(xué)峰*

(湛江市規(guī)劃勘測設(shè)計院，廣東 湛江 524002)

隨著科技不斷進(jìn)步，三維數(shù)字城市已然成為數(shù)字城市建設(shè)的趨勢。依據(jù)已有的二維GIS數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維模型，并建立應(yīng)用模塊，集成規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了規(guī)劃決策由二維向三維的轉(zhuǎn)變，提高了城市規(guī)劃管理水平。本文詳細(xì)闡述了湛江市輔助決策支持系統(tǒng)的設(shè)計思路與總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲管理、三維模型構(gòu)建，并介紹系統(tǒng)的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維模型；規(guī)劃輔助決策；城市規(guī)劃管理

1 引 言

在構(gòu)建數(shù)字城市的過程中，城市三維景觀建模是一個重要的組成部分，是攝影測量與遙感、地理信息系統(tǒng)及計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的研究內(nèi)容之一。城市三維數(shù)據(jù)模型的建立，將以全新的方式表達(dá)和處理地理空間信息，在城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)、交通管理、旅游等領(lǐng)域起著重要的作用[1]。

湛江市城市建設(shè)的步伐日益加快，城市面貌正得到改善，但是仍有許多不盡如人意的地方，例如海濱天際線雜亂，缺乏標(biāo)志性建筑與場所，城市特色不突出，建成區(qū)街道建筑風(fēng)格陳舊，缺乏商業(yè)氣息；城市照明仍然停留在使用功能階段，未能體現(xiàn)城市特色，展現(xiàn)城市形象。因此，建立湛江市三維數(shù)據(jù)模型有利于編制上位規(guī)劃，提高管理者的決策水平。

系統(tǒng)解決問題如下：①街景信息化管理；②輔助規(guī)委會方案評審；③輔助市領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策；④輔助規(guī)劃局相關(guān)科室業(yè)務(wù)審批管理；⑤規(guī)劃局其他信息系統(tǒng)的一體化集成；⑥為公眾參與規(guī)劃提供平臺，提高規(guī)劃的透明度。

2 系統(tǒng)設(shè)計思路

湛江市三維數(shù)字城市規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))采用國內(nèi)外主流的Skyline三維開發(fā)平臺，建立一個由空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Oracle spatial，ArcSDE等)集成，利用3ds Max進(jìn)行三維建模、實現(xiàn)在同一個三維空間中對矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)疊加融合，能快速瀏覽大范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像圖(DOM)，并能以三維建模的方式形象地展現(xiàn)各種地物的空間形狀以及各類空間關(guān)系。三維輔助決策支持系統(tǒng)融合了現(xiàn)狀地形、項目設(shè)計方案以及城市規(guī)劃方案三種數(shù)據(jù)，形成一個基于三維空間、虛擬現(xiàn)實的規(guī)劃管理平臺，在這個平臺中，可以將同一項目的多個規(guī)劃方案的三維效果模型導(dǎo)入到現(xiàn)狀仿真三維模型場景中，進(jìn)行項目多角度方案比較分析、天際線分析、交通影響分析、日照分析、色彩分析，電子沙盤及規(guī)劃方案效果同屏比選，適時調(diào)整建筑單體的紋理、位置、形體、高度等參數(shù)，輸出規(guī)劃效果圖，自動計算容積率、綠地率、建筑密度等規(guī)劃控制指標(biāo)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用C/S與B/S混合模式(如圖1所示)[2]，充分利用C/S模式事務(wù)處理能力強(qiáng)和B/S模式擴(kuò)展性和分布式的特點。這種模式將各種信息資源存儲于服務(wù)器中，為每個客戶端提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)，便于每個客戶端對信息資源的調(diào)用，利用客戶端程序存儲服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，集中在服務(wù)器上進(jìn)行運(yùn)算，減少數(shù)據(jù)傳輸量的瓶頸約束，增強(qiáng)了客戶機(jī)應(yīng)用處理和數(shù)據(jù)表述功能，提高了數(shù)據(jù)的處理與傳輸效率。

圖1 輔助決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)總體框架采用的是分層結(jié)構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)方式，運(yùn)用不同層次間的相互獨立性，確保系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性、實用性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)總體框架(如圖2所示)，整個框架由四層結(jié)構(gòu)、兩大保障體系構(gòu)成。即：支撐層、數(shù)據(jù)層、引擎層、應(yīng)用層和信息管理制度與信息安全保障體系。支撐層主要提供網(wǎng)絡(luò)支持和計算機(jī)硬件平臺；數(shù)據(jù)層用于管理海量城市規(guī)劃二三維數(shù)據(jù)信息；引擎層提供基礎(chǔ)的分析與服務(wù)運(yùn)算；應(yīng)用層則為用戶終端，提供三維輔助決策可視化和用戶交互等功能[3]。

圖2 系統(tǒng)總體框架

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的管理與存儲

系統(tǒng)將不同類型模型以不同的數(shù)據(jù)庫表(包括屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)以及多媒體數(shù)據(jù))進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)庫表以統(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)庫引擎進(jìn)行管理并通過Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，通過場景配置文件可以快速導(dǎo)入編譯好的場景文件。在系統(tǒng)中導(dǎo)入的外部模型也同樣的通過三維數(shù)據(jù)庫引擎進(jìn)行存儲和管理。采用Oracle Spatial存儲、管理空間數(shù)據(jù)，易于解決數(shù)據(jù)共享、分布式處理、網(wǎng)絡(luò)通信、開放式開發(fā)、并發(fā)控制、網(wǎng)絡(luò)化集成、跨平臺運(yùn)行以及數(shù)據(jù)安全恢復(fù)機(jī)制等方面的難題，因而成為目前一種應(yīng)用趨勢[4]。

3.2 三維數(shù)據(jù)模型庫建設(shè)[5]

整體數(shù)據(jù)設(shè)計分成城市精細(xì)模型庫、標(biāo)準(zhǔn)模型庫和地形地貌模型庫。按照分批建設(shè)，逐步實施的原則，項目重點對湛江市重點區(qū)域及路段分等級進(jìn)行精細(xì)建設(shè)或者標(biāo)準(zhǔn)建模，與模型相關(guān)的各類屬性信息數(shù)據(jù)庫，以支持三維環(huán)境下的目標(biāo)信息查詢。搭建三維虛擬空間框架，為后續(xù)數(shù)據(jù)更新預(yù)留接口。三維建模區(qū)包括霞山區(qū)、赤坎區(qū)、開發(fā)區(qū)、坡頭區(qū)、麻章區(qū)，主要覆蓋了中央商務(wù)區(qū)、海濱大道以東、城市主干道省運(yùn)會主場館、海東新區(qū)及“一灣兩岸”等項目區(qū)域。

(1)精細(xì)建模及標(biāo)準(zhǔn)建模

使用測繪為成圖比例尺1∶2 000的航空正射影像圖與1∶500地形圖，依照城市三維建模技術(shù)規(guī)范以及地理信息行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對湛江市重點區(qū)域進(jìn)行高精度的三維模型制作，將三維模型同紋理數(shù)據(jù)相融合，并疊加DLG、DEM和DOM數(shù)據(jù)，形成三維模型數(shù)據(jù)。

結(jié)合湛江市實際情況，對重點區(qū)域內(nèi)部不同種類的地理對象進(jìn)行建模：地形地貌模型、建筑模型、交通模型、綠化模型、水系模型以及其他模型。對地理對象添加紋理，同事對細(xì)節(jié)、光影以及周邊環(huán)境都進(jìn)行精細(xì)的制作，要求能夠精確表現(xiàn)地理對象的紋理和結(jié)構(gòu)。保證空間關(guān)系的正確性，屬性信息的完整性，地圖風(fēng)格的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)文件命名保證規(guī)范和統(tǒng)一。流程如圖3所示：

圖3 城市精細(xì)模型庫建設(shè)流程圖

(2)地形地貌建模

使用測繪精度為成圖比例尺1∶10 000的航空正射影像圖，采用多分辨率分級模型對數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖及有關(guān)城市規(guī)劃、土地利用等資料進(jìn)行組織，利用這種技術(shù)在不改變源數(shù)據(jù)精度和不影響視覺效果的情況下，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地形地貌建模，構(gòu)建基礎(chǔ)的三維地形地貌模型，反映地形起伏特征和地表影響，可以快速加載建立城市三維仿真場景。構(gòu)建流程如圖4所示：

圖4 地形地貌模型構(gòu)建流程

4 系統(tǒng)輔助決策的實例分析

中央商務(wù)區(qū)(CBD)是湛江市中心城區(qū)規(guī)劃的核心地塊，本項目應(yīng)市規(guī)劃局要求對該地塊進(jìn)行了三維仿真模型的建立，采用“虛擬現(xiàn)實”技術(shù)，重現(xiàn)湛江市中央商務(wù)區(qū)塊的三維實景及規(guī)劃方案，并結(jié)合GIS技術(shù)，實現(xiàn)景觀規(guī)劃方案的對比分析和建筑的日照分析，為中央商務(wù)區(qū)塊規(guī)劃和管理工作的深化提供了輔助決策手段。下面介紹三維輔助決策系統(tǒng)的主要應(yīng)用：

4.1 規(guī)劃設(shè)計方案數(shù)字化三維瀏覽和審批

利用二維規(guī)劃設(shè)計方案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)制作出三維空間數(shù)據(jù)模型，將其導(dǎo)入到城市三維現(xiàn)狀數(shù)據(jù)模型場景中，形成規(guī)劃審批三維數(shù)據(jù)模型。在三維場景中，規(guī)劃管理者可以進(jìn)行全方位、任意角度和高度來進(jìn)行方案的審查，可以得出此規(guī)劃方案與周圍現(xiàn)狀環(huán)境之間的關(guān)系，從而為方案的審批提供更加全面的輔助決策支持，進(jìn)而提升了對城市景觀規(guī)劃的科學(xué)審批和管理的水平。具體的三維審批流程有以下4個步驟：①紅線檢查，將規(guī)劃方案的紅線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shp格式，然后導(dǎo)入到輔助決策支持系統(tǒng)中進(jìn)行疊加分析，如有沖突，將高亮顯示；②色調(diào)檢查，將已經(jīng)制作好的規(guī)劃方案的三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入到輔助決策支持系統(tǒng)中去，檢查該方案的色調(diào)是否與周邊環(huán)境一致；③方案立體對比，將此區(qū)域設(shè)計的多套方案導(dǎo)入系統(tǒng)中進(jìn)行對比擇優(yōu)；④指標(biāo)計算，在系統(tǒng)中計算分析規(guī)劃方案的相關(guān)指標(biāo)，如：容積率、綠化率、建筑密度、控高、日照分析、視域分析等。具體項目如圖5所示。

圖5 規(guī)劃項目三維瀏覽

4.2 規(guī)劃設(shè)計方案對比分析

每個項目的規(guī)劃方案設(shè)計一般會有幾種不同的方案，因此需擇優(yōu)選擇，方法就是將不同的規(guī)劃設(shè)計方案制作成三維數(shù)據(jù)模型，并導(dǎo)入到城市三維仿真場景中去，生成供規(guī)劃審批的三維模型，進(jìn)行多屏比對，在窗口中，瀏覽任意一屏的方案，其他個方案的方位都會隨著變動，此外還有各個方案的指標(biāo)對比分析，這有助于規(guī)劃管理者比較不同的設(shè)計方案，并從中擇優(yōu)選取審批，如圖6所示某項目不同方案的對比分析：

圖6 方案對比分析

4.3 城市三維數(shù)據(jù)模型的分析研究

系統(tǒng)可以提供很多相關(guān)的空間分析功能，通過這些功能來進(jìn)行城市三維數(shù)據(jù)模型的分析研究，規(guī)劃管理者可以依據(jù)相關(guān)規(guī)劃要求對重點區(qū)域的規(guī)劃設(shè)計方案的空間關(guān)系、布局、色彩設(shè)計，及建筑與周圍場景的各項關(guān)系進(jìn)行分析評價，更好地指導(dǎo)城市景觀建設(shè)。

(1)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)疊加分析

系統(tǒng)直接連接規(guī)劃局已建成的規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫中的總體規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃等數(shù)據(jù)，并能創(chuàng)建各圖層矢量數(shù)據(jù)的單值專題圖，使用戶一目了然就知道數(shù)據(jù)對象的用途。規(guī)劃空間數(shù)據(jù)能以二維平面透明展示和三維立體展示相結(jié)合，如圖7所示。

圖7 二維顯示(左)及三維顯示(右)

(2)三維空間量測與分析

空間量測包括坐標(biāo)量測(顯示坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)值)、水平量測(對任意兩點的距離的水平量測)、空間量測(對三維場景中任意空間位置點進(jìn)行量測)、垂直量測(量測建筑物的高度)、面積量測(正投影面積、地表面積)等功能?？臻g量測是GIS中具有的基礎(chǔ)功能，可以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的矢量化處理和具體應(yīng)用。

5 項目效益與前景

湛江市三維數(shù)字城市規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)建成后，將提供公共的空間數(shù)據(jù)訪問、空間信息管理、分析和處理功能，在城市的規(guī)劃建設(shè)與改造、業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的可視化、地址地名定位、城市變化的歷史對比、業(yè)務(wù)信息的提取及動態(tài)更新、各類建筑和市政設(shè)施的規(guī)劃和管理等方面具有較廣闊的應(yīng)用前景，為用戶提供了較科學(xué)的決策依據(jù)。此系統(tǒng)的建設(shè)將為各級領(lǐng)導(dǎo)提供更科學(xué)直觀的決策，依據(jù)加快推進(jìn)城市建設(shè)的步伐。同時為規(guī)劃部門提供二維、三維之間的聯(lián)動與轉(zhuǎn)換，讓專業(yè)人員為社會大眾提供更為豐富具體的信息服務(wù)，也為信息化打造“數(shù)字湛江”提供保障與基礎(chǔ)。

系統(tǒng)建設(shè)有助于實現(xiàn)政府各部門之間高效的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)作，減少政府各部門在相關(guān)領(lǐng)域的重復(fù)建設(shè)，節(jié)約大量的人力、物力、財力，提高政府效能，帶動政府整體信息化水平的提高，為市政、交通、能源、水利等各領(lǐng)域提供輔助決策，為公眾提供了更好的信息化服務(wù)。

[1] 扈震，張欣. 基于Internet的城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 計算機(jī)工程與設(shè)計，2002，23(6)：56～58.

[2] 雷兵，劉紀(jì)平，譚海等. 空間輔助決策支持系統(tǒng)的應(yīng)用模型及管理研究[J]. 測繪科學(xué)，2005，30(1)：55～56.

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[4] 陳繼寧，張曉東. Oracle Spatial和ArcSDE的應(yīng)用比較研究[J]. 遙感信息，2005(5)：60.

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The Development and Application of Assistant Decision Support System for Zhanjiang’s 3D Digital City Planning

Ma Xuefeng

(Zhanjiang City Planning & Design Survey Institute，Zhanjiang 524002，China)

With the continuous progress of science and technology，three-dimensional digital city has become the trend of urban development. According to the existing two dimensional GIS data，build the three-dimensional model，and establish the application module，integrated planning and auxiliary decision support system，realize the planning and decision-making from two-dimensional to three-dimensional transformation，improve the planning and management level. This paper expounds the design ideas and the overall framework，data storage management，3D model construction of the assistant decision support system，and introduces the application of the system.

digital city；3D model；planning assistant decision；urban planning management

1672-8262(2017)02-81-05

P208.2

A

2016—08—29

馬學(xué)峰(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事城市測繪、數(shù)據(jù)處理和GIS應(yīng)用研究的技術(shù)研究。